一种永磁直驱转向架及其轨道车辆的制作方法

本发明属于轨道车辆领域，具体涉及一种永磁直驱转向架及其轨道车辆。

背景技术

目前，国内外高速机车均采用带齿轮传动装置的驱动系统，存在结构复杂、传递损耗大、可靠性较低的问题，特别是高速运行时的润滑密封难题较难以解决。同时，还存在噪声大、维修成本高等问题。

随着永磁电机技术的进步，轨道车辆采用直驱的应用也越来越多。目前永磁直驱主要应用于独立旋转车轮轻轨车辆，主要形式为轮毂直驱或轮边直驱，均为永磁电机直接驱动车轮旋转。轮毂直驱或轮边直驱由于电机功率小，只能用于轻轨车辆，大功率机车或动车无法采用该技术。

地铁或动车组也有采用永磁直驱技术，永磁电机转子直接安装在车轴表面，通过定子和转子的电磁作用直接驱动轮对旋转。例如：专利cn106515750a公开的永磁直驱地铁列车，包括车体、设置于车体下方的构架装置和轮对装置，轮轴上抱轴安装有永磁同步牵引电机，永磁同步牵引电机转子两端与车轴联接，永磁同步牵引电机定子的内侧通过弹性支撑装置与构架装置连接，与直驱式永磁同步电机配套的牵引系统采用轴控方式，在每台电机与牵引逆变器之间设置有隔离接触器。

专利cn204956480u公开的电机抱轴安装式永磁直驱转向架，包括两个构架装置、两个永磁同步牵引电机、两个三角形弹性支撑装置、四个轮对轴箱装置，前后相邻的两个轮对轴箱装置通过构架装置连接，左右对称两侧的两个车轮用车轴连接，永磁同步牵引电机通过转子与车轴一体，通过转动车轴实现驱动；两个构架装置对称位于轨道车辆前进方向左右两侧，两个构架装置通过双牵引拉杆装置连接，三角形弹性支撑装置连接永磁同步牵引电机和双牵引拉杆装置。

上述专利均属于直接驱动转向架的结构形式，电机直接弹性或非弹性悬挂于车轴上，永磁电机质量完全是簧下质量，车辆轴重大，簧下质量对轮轨垂向和横向动作用力有较大影响，使得车辆速度难以提升到高速，不适用于比动车组速度更高的高速机车。而且，一旦速度提高，振动会更大，振动会对永磁电机的使用寿命造成影响。同时，上述专利由于构架设计的弊端，导致永磁电机与构架横梁的间距大，需要的摆杆长度长，运行过程中永磁电机振幅过大，容易损坏电机。

另外，在地铁、轻轨或动车组等中低速车辆中，永磁电机也有采用架悬吊挂结构的案例。例如：专利201610304015.6公开了一种双t型构架弹性铰接的柔性架悬直驱径向转向架，创新点主要为具有柔性功能的双t型弹性铰接式构架、永磁直驱电机三点式架悬等。但是，其架悬采用的是刚性架悬，永磁电机悬挂未解耦，运行过程中的振动会对永磁电机造成过大影响。

除此之外，现有的永磁直驱转向架的牵引点较高，不适用于大功率大牵引力条件下的高速机车。

另外，对本案中所提到的方向词汇进行定义，在轨道车辆领域中，技术人员通常认定的方向有三种：

垂向：竖直垂直于轨面的方向。

纵向：沿着轨道的方向。

横向：水平垂直于轨道的方向。

对于机车的分类，行业内按车速的分类标准为：

普速机车：构造速度未达到160km/h。

准高速机车：构造速度介于160km/h-200km/h。

高速机车：构造速度不低于200km/h。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种能应用于高速机车的永磁直驱转向架。

本发明解决问题的技术方案是：一种永磁直驱转向架，包括构架、设置于构架上的轮对、永磁电机，构架包括纵梁、与纵梁垂直的横梁、设置于纵梁两端的端梁，在轮对的车轴上套装有空心轴，车轴上固定设有传力座，永磁电机套装于空心轴上，所述空心轴一端通过柔性联轴器与永磁电机联结、空心轴另一端通过柔性联轴器与传力座联结；

所述横梁纵向两侧均设有突出部；

所述永磁电机通过摆杆和吊杆与构架柔性连接，摆杆一端吊挂于突出部、另一端连接于永磁电机外壳，摆杆轴线方向沿纵向设置；吊杆一端与永磁电机外壳连接、另一端悬挂于端梁，永磁电机可横向移动。

上述方案中，由于横梁设有突出部，使得横梁与永磁电机之间的距离缩短，摆杆的长度减小，运行过程中永磁电机摆动的幅度小，所受的振幅小。

永磁电机采用弹性架悬的方式支承于构架上，属于簧上质量，有利于机车高速运行，且摆杆和吊杆的悬挂使得永磁电机悬挂解耦，运行过程中可在横向有少许位移，因线路不平和冲击所引起的轮对垂向、横向加速度不会直接传到永磁电机上，使其工作条件大为改善。故障率减小，使用寿命延长。而且机车速度越高，其优点就越明显。而且上述方案的架悬方式，摒弃空心轴六连杆结构，寿命更长。

综合来看，上述方案通过对构架结构形状的改进，并配合永磁电机的吊挂结构和架悬安装、以及联轴器的配合应用，解决了永磁电机应用于高速机车的振动大、轴重大等一系列难点问题，使得永磁电机作为动力源驱动高速机车成为可能。

具体的，所述柔性联轴器为叠片联轴器，叠片联轴器包括第一传动盘、第二传动盘、金属叠片，永磁电机的内套与第一传动盘连接，第一传动盘与空心轴一端通过金属叠片联结，第二传动盘与空心轴另一端联结，第二传动盘通过金属叠片与传力座连接。

金属叠片的联轴器使用寿命更长。

优选的，所述横梁中间设有贯通孔。贯通孔一方面可以减重，另一方面可以提供更大的维修空间，使得维修更方便。

为使得结构更加稳定可靠，所述横梁外轮廓为八边形结构，八边形横梁在纵向方向上的两条最外侧边为突出部。

进一步的，所述构架还包括设置于纵梁两端的端梁，在永磁电机与端梁之间设有缓冲永磁电机振动的减振器，减振器的轴向方向与铅垂面的夹角大于0度且小于90度。

相应的，本发明还提供一种轨道车辆，包括车体、以及上述永磁直驱转向架，所述构架还包括设置于纵梁两端的前端梁和后端梁，在后端梁底部设有第一牵引座；在车体上设有牵引梁，在牵引梁底部设有第二牵引座；第一牵引座与第二牵引座通过牵引杆连接。

上述方案中，将牵引座的牵引点下移，实现低位牵引，减少轴重转移，提高了粘着利用率，更加利于应用于高速机车。

本发明还提供另一种轨道车辆，包括车体、以及上述永磁直驱转向架，在横梁纵向两侧的突出部的底部均设有第三牵引座，所述横梁中间设有贯通孔；

还包括牵引销、两根拉杆、以及设置于车体上的第四牵引座，第四牵引座对应贯通孔设置；

两根拉杆的一端分别各自一一对应与第三牵引座连接、另一端均与牵引销连接，且两根拉杆相对于牵引销中心对称；

所述第四牵引座插入贯通孔内并与牵引销连接。

上述方案的轨道车辆提供了另一种低位牵引方式，牵引点位于构架横梁的贯通孔下方，利用“z”字形双拉杆的结构实现低位牵引，减少轴重转移，提高了粘着利用率，更加利于应用于高速机车。

本发明通过对构架结构形状的改进，并配合永磁电机的吊挂结构和架悬安装、低位牵引、以及联轴器的配合应用，解决了永磁电机应用于高速机车的振动大、轴重大、牵引点高等一系列难题，使得永磁电机作为动力源驱动高速机车成为可能。消除了高速机车润滑密封问题，降低了现有高速机车驱动系统的传递损耗、噪声及维修成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为实施例1转向架主视图。

图2为实施例1转向架俯视图。

图3为实施例2转向架主视图。

图4为实施例2转向架俯视图。

图5为实施例2转向架局部剖视图。

图6为永磁电机与轮对装配示意图。

图7为永磁电机吊挂示意图。

图中：1-构架，2-轮对，3-永磁电机，4-空心轴，5-传力座，6-柔性联轴器，7-摆杆，8-减振器，9-车体，10-牵引杆，11-纵梁，12-横梁，13-端梁，14-第一牵引座，15-牵引销，16-拉杆，17-吊杆，21-车轴,31-内套,61-第一传动盘，62-第二传动盘，63-金属叠片，91-牵引梁，92-第二牵引座，94-第四牵引座，121-突出部,122-贯通孔，123-第三牵引座，131-前端梁，132-后端梁。

具体实施方式

实施例1

如图1～2、6～7所示，一种永磁直驱转向架，包括构架1、设置于构架1上的轮对2、永磁电机3。构架1包括纵梁11、与纵梁11垂直的横梁12、设置于纵梁11两端的端梁13。端梁13分为前端梁131和后端梁132。所述横梁12中间设有贯通孔122。

在轮对2的车轴21上套装有空心轴4。车轴21上固定设有传力座5。永磁电机3套装于空心轴4上。所述空心轴4一端通过柔性联轴器6与永磁电机3联结、空心轴4另一端通过柔性联轴器3与传力座5联结。所述柔性联轴器6为叠片联轴器。叠片联轴器包括第一传动盘61、第二传动盘62、金属叠片63。永磁电机3的内套31与第一传动盘61连接。第一传动盘61与空心轴4一端通过金属叠片63联结。第二传动盘62与空心轴4另一端联结。第二传动盘62通过金属叠片63与传力座5连接。

所述横梁12纵向两侧均设有突出部121。所述横梁12外轮廓为八边形结构，八边形横梁12在纵向方向上的两条最外侧边为突出部121。

所述永磁电机3通过摆杆7和吊杆17与构架1柔性连接，摆杆7一端吊挂于突出部121、另一端连接于永磁电机3外壳，摆杆7轴线方向沿纵向设置。吊杆17一端与永磁电机3外壳连接、另一端悬挂于端梁13。永磁电机3可横向移动。

在永磁电机3与端梁13之间设有缓冲永磁电机3振动的减振器8。减振器8的轴向方向与铅垂面的夹角大于0度且小于90度。

相应的，本实施例还提供一种轨道车辆，包括车体9、及上述永磁直驱转向架。在后端梁132底部设有第一牵引座14。在车体9上设有牵引梁91。在牵引梁91底部设有第二牵引座92。第一牵引座14与第二牵引座92通过牵引杆10连接。

实施例2

如图3～7所示，一种永磁直驱转向架，包括构架1、设置于构架1上的轮对2、永磁电机3。构架1包括纵梁11、与纵梁11垂直的横梁12、设置于纵梁11两端的端梁13。端梁13分为前端梁131和后端梁132。所述横梁12中间设有贯通孔122。

在轮对2的车轴21上套装有空心轴4。车轴21上固定设有传力座5。永磁电机3套装于空心轴4上。所述空心轴4一端通过柔性联轴器6与永磁电机3联结、空心轴4另一端通过柔性联轴器3与传力座5联结。

本实施例中柔性联轴器6优选为叠片联轴器。叠片联轴器包括第一传动盘61、第二传动盘62、金属叠片63。永磁电机3的内套31与第一传动盘61连接。第一传动盘61与空心轴4一端通过金属叠片63联结。第二传动盘62与空心轴4另一端联结。第二传动盘62通过金属叠片63与传力座5连接。

柔性联轴器6中，金属叠片63可采用带橡胶关节的六连杆机构代替。

所述横梁12纵向两侧均设有突出部121。所述横梁12外轮廓为八边形结构，八边形横梁12在纵向方向上的两条最外侧边为突出部121。

所述永磁电机3通过摆杆7和吊杆17与构架1柔性连接，摆杆7一端吊挂于突出部121、另一端连接于永磁电机3外壳，摆杆7轴线方向沿纵向设置。吊杆17一端与永磁电机3外壳连接、另一端悬挂于端梁13。永磁电机3可横向移动。

在永磁电机3与端梁13之间设有缓冲永磁电机3振动的减振器8。减振器8的轴向方向与铅垂面的夹角大于0度且小于90度。

本实施例还提供一种轨道车辆，包括车体9、及上述永磁直驱转向架。在横梁12纵向两侧的突出部121的底部均设有第三牵引座123。所述横梁12中间设有贯通孔122。

还包括牵引销15、两根拉杆16、以及设置于车体9上的第四牵引座94。第四牵引座94对应贯通孔122设置。

两根拉杆16的一端分别各自一一对应与第三牵引座123连接、另一端均与牵引销15连接，且两根拉杆16相对于牵引销15中心对称。

所述第四牵引座94插入贯通孔122内并与牵引销15连接。